Modelo termodinâmico de degradação de células-combustível tipo PEM para prognóstico e avaliação de estados de saúde

• Processo: 24/00161-9
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Data de Início da vigência: 01 de outubro de 2024
• Data de Término da vigência: 30 de novembro de 2025
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Engenharia Térmica
• Pesquisador responsável: José Alexandre Matelli
• Beneficiário: João Pedro Ribeiro Rosa
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia (FEG). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Guaratinguetá. Guaratinguetá , SP, Brasil
• Assunto(s): Prognóstico Termodinâmica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Célula-combustível | Modelo de degradação | prognóstico | Termodinâmica | Prognóstico e Gerenciamento da Saúde

Resumo

Em um contexto de crescente demanda energética e problemas devido às emissões de carbono, células-combustível surgem como uma solução promissora para a necessidade de transação energética. No entanto, sua baixa durabilidade e alto custo ainda impedem sua comercialização em larga escala. A degradação do desempenho da célula de combustível pode ser causada por vários motivos, tais como: tensões térmicas e mecânicas, condições de umidade e condições de partida/parada. Ainda assim, a degradação de células-combustível não é totalmente compreendida. Para prolongar a vida útil da célula-combustível, prognóstico e gerenciamento de saúde (PHM, de prognostics and health management) vem ganhando atenção. PHM visa estimar a vida útil remanescente do sistema (RUL, de remaining useful life) e as tendências de degradação para auxiliar na realização de manutenções corretivas. Existem duas abordagens principais de prognóstico: métodos baseados em dados e métodos baseados em modelos. Embora os métodos baseados em dados possam ser mais precisos na estimativa do RUL e sejam mais fáceis de serem implementados, eles sofrem de problemas de sobreajuste (overfitting) e requerem conhecimento especializado para ajustar os modelos do estado-da-arte. Além disso, não há muitos conjuntos de dados disponíveis de experimentos de envelhecimento, especialmente de experimentos operando em carga dinâmica. Neste projeto de mestrado, é proposto um método de prognóstico baseado em modelos obtidos através de uma análise termodinâmica da célula-combustível e um experimento de envelhecimento operando em carga dinâmica. Alguns resultados que podem ser esperados do experimento de envelhecimento são uma queda na tensão de saída, um aumento no consumo de combustível, uma diminuição na área de superfície eletroquímica (ECSA) e um aumento na taxa de degradação em temperaturas e umidade relativa mais altas.